Fyzika je kolem nás O jednom začatém projektu informuje Ivo Volf, manažer projektu CENTAL Po mnoha letech na Pedagogické fakultě jsem dostal v roce 1992 možnost opět vyučovat částečným úvazkem na střední škole. Vybral jsem si výuku fyziky v kvintě, tj. v 5. ročníku víceletého a v 1. ročníku vyššího stupně gymnázia, tedy všeobecně vzdělávací školy, a to na škole s výrazně humanitním zaměřením na jazykovém gymnáziu. Je pochopitelné, že žáci školy považovali výuku živých jazyků za prioritu, což se projevovalo nejen jejich přístupem, ale také zvýšeným počtem vyučovacích hodin v tomto směru. Výuka matematiky a přírodovědných předmětů byla udržována na dolní hladině možností. V téže době se trend humanizace a snaha po odpřírodovědění a také odtechničtění středoškolského vzdělávání projevoval velmi výrazně a měl též jasné pochopení ze strany žáků i jejich rodičů. Vyučující matematiky, fyziky, chemie a částečně biologie byli tak postaveni před skutečnost, že ve značně kratším výukovém čase, než tomu bylo předtím, ale i se značně nižším zájmem středoškoláků, bylo nutno položit alespoň trochu solidní základy těchto oborů pro následné vysokoškolské studium přírodovědných a technických směrů. Jako jednu z možností pro alespoň částečnou změnu klimatu jsem viděl kladení daleko většího důrazu na podporu zájmu žáků o vyučovanou problematiku. Ve výuce fyziky je to poměrně snadné zvýšit počet experimentů, prováděných přímo ve výuce učitelem nebo žáky (ale kde na to vzít dostatek času?), lépe motivovat žáky pro výklad, ukazovat praktická využití fyzikálních poznatků v běžném životě a v technické praxi, ukázat, jak fyzikální modelové situace se dají využívat v různých oborech přírodních věd a v technice, více využívat tzv. zábavných témat, výuku doplňovat o vhodné historické náměty. Teoreticky to lze zdůvodnit poměrně jednoduše, lze také nalézt vhodné náměty ke školní vyučovací činnosti, ale jak vpravit do předepsaných 6 týdenních hodin výuky fyziky na nižším stupni, tj. v rámci
základního vzdělávání, což představuje celkem 200 hodin výuky, ale taktéž stejných 200 vyučovacích hodin na vyšším stupni gymnázia, tj. v rámci všeobecného středoškolského vzdělávání, to není vůbec snadné. Odtud pak vznikla myšlenka připravit nějaké materiály přímo pro žáky gymnázia, kde jsem vyučoval, nejlépe formou cvičebnice pro žáky úvodního ročníku vyššího gymnázia. První fáze projektu spočívala ve vytvoření trochu netradiční sbírky úloh z mechaniky: Volf, I.: Fyzika je všude kolem nás. Hradec Králové, MAFY 2001. V úvodu je zmíněna nutnost ovládat fyziku jako nástroj k řešení problémů. V dalších kapitolách seřazených podle osnov výuky fyziky v kvintě gymnázia je uvedeno 175 úloh, jež se liší od úloh v běžných sbírkách především jinou formulací, která více útočí na řešitele (např. ústupem od obecných fyzikálních těles směrem k samotným řešitelům), dále tematikou, o které lze předpokládat, že přece jen více žáky zaujme. V závěru sbírky je popsáno několik možností pro domácí experimenty a pozornost je věnována také tvořivým, zpravidla dlouhodobějším výzkumným projektům. Současně byla publikována i práce Kubištová, M. Volf, I.: Experimentální cvičení pro 1. ročník gymnázia, Hradec Králové, MAFY 2002, vycházející z diplomové práce autorky a obsahující podrobně rozpracované náměty na 12 laboratorních experimentů, vykonané s jednoduchými prostředky. Tyto laboratorní práce můžeme provádět ve školní fyzikální laboratoři nebo i v rámci domácích experimentů. Sympatické se zdá být i to, že v brožuře jsou uvedena jednak stručná zadání úkolů, jednak i podrobná řešení vycházející z vlastního měření daných problémů, jež jsou určena učitelům fyziky Souběžně vznikla a byla publikována další práce, vycházející z diplomové práce, a to Košina, V. Volf, I.: Laboratorní práce s jednoduchými prostředky pro nižší a vyšší gymnázia a základní školy, Hradec Králové, MAFY 2002. Tato práce je také výsledkem diplomového úkolu autora, obsahuje návody pro uskutečnění dvacítky jednodušších experimentálních cvičení z obsahového
základu, na němž je stavěno základní vzdělávání na našich školách, většinu prací lze uskutečnit i v 1. Ročníku gymnázia či lycea. Popsané práce lze provést s poměrně jednoduchými prostředky, proto je možné je uskutečnit takřka na všech školách, popř. v domácím prostředí. Řekněme, že byl alespoň trochu nasycen trh fyzikálních problémů s náměty pro žáky se sníženým zájmem o fyziku a současně s nepříliš dobrým postojem k přírodovědné a technické problematice. To však byl první krok bylo třeba ještě vyřešit další úkol co udělat pro to, aby se zájem žáků o fyziku zlepšoval. Proto postupně vznikal ještě další projekt, který je soudobě zaměřen na ty žáky počátečního ročníku středoškolského vzdělání, o jejichž pozornost postupně bojuje informatika, jazyky, humanitní a společenskovědní disciplíny, různé uměno-vědní obory (hudba, výtvarné umění aj.), ale také matematika a přírodovědně zaměřené studium. Horší je situace se žáky, kteří by se mohli zaměřit na prohloubenější výklad fyziky, ale je jich příliš málo, než aby se tato činnost dala uskutečnit ve větší míře. Pro jedince, kteří se na našich školách nacházejí, je připraven další projekt Fyzika je kolem nás. Tento projekt je připravován v rámci předmětové soutěže Fyzikální olympiáda pro nejnižší věkovou středoškolskou kategorii, tedy při studiu materiálů této řady není potřeba mít příliš přehnané požadavky na matematickou přípravu žáků, výklad je dost jednoduchý a velmi bohaté jsou motivační a ilustrující náměty, kterými je výklad doprovázen. V rámci tohoto projektu jsme zvažovali, že připravíme sešity s rozsahem 32 až 48 stran, obsahující zopakování problematiky, doplněk teoretické části a na ni navazující příklady řešení problémů a úlohy určené k samostatné práci čtenářů, k nimž jsou připojeny výsledky řešení těchto úloh, popř. stručné postupy k řešení. Zatím jsme se orientovali na vstupní ročníky (1. a 2. ročník čtyřletého studia, tedy časově na prvního jedenapůl roku). Jednotlivé brožury jsou zaměřeny na kapitoly z fyziky v tomto ročníku. V dalším uvádíme výpis z náplně materiálu: Volf, I. Jarešová, M.: Fyzika je kolem nás. Hradec Králové, MAFY
1. Poloha a její změny, MAFY 2008 popis polohy tělesa (jednorozměrný a dvojrozměrný prostor, kartézské souřadnice, sférické souřadnice, zeměpisné souřadnice, čas jako čtvrtá souřadnice), změny polohy a čas (průměrná rychlost, jednoduchý model jednorozměrného pohybu, několik problémů o rychlosti výklad vychází z grafu v = f(t), skládání pohybů, grafy s = f(t). Zařazeno 15 řešených příkladů a 26 úloh k řešení. 2. Pohyb a síla, MAFY 2008 3. Práce výkon energie, MAFY 2007 pojem mechanická práce a výkon, výklad pojmu mechanická energie, pohybová energie, polohová energie, zákon o zachování mechanické energie a využití k řešení problémů. Zařazeno 20 řešených příkladů a 25 úloh k řešení. 4. Pohyby těles s planetární soustavě, MAFY 2009 postupně kinematika pohybu těles, dynamika pohybu, pojem gravitační síly, práce při pohybu těles v planetární soustavě, energie a závěrečné komplexní úlohy. Zařazeno 23 řešených příkladů a 19 úloh určených k řešení. 5. Hydrostatika a aerostatika, MAFY 2009 pojem tlaku v kapalinách, Archimédův zákon a jeho použití, pojem atmosférického tlaku a zemská atmosféra. Zařazeno 11 řešených příkladů a 14 úloh určených k procvičení. 6. Síly a tuhé těleso zatím plánovaný titul pro rok 2010 skládání sil, užití momentu síly, síly a momenty sil v technické praxi, moment setrvačnosti, moment hybnosti a jejich využití v dynamice rotující soustavy, 7. Komplexní úlohy z mechaniky plánovaný titul pro rok 2010. Zaměří se na složitější fyzikální problémy, při jejichž řešení je třeba kombinovat poznatky, k nimž žák dospěl postupně při řešení Podobný soubor plánujeme pro další období, a to z termiky a molekulové fyziky:
1. Teplota a její měření teplota, souvislost různých vlastností těles se změnami teploty jakožto základ fyzikálních měření, teplotní ovlivňování měřených hodnot. 2. Přenos tepla (spoluautor M. Ouhrabka), MAFY 2009 kalorimetrická rovnice, zdroje tepla, paliva, přenos tepla vedením, prouděním, sáláním, zařazeno 17 řešených příkladů a 13 úloh pro samostatnou práci čtenářů. 3. Termika plynů připravuje se v roce 2010 základní tepelné děje v plynech, ideální a skutečný plyn 4. Základy molekulové fyziky připravuje se modelový pohled na mikrosvět, měření neměřitelných hodnot veličin 5. Komplexní úlohy z mechaniky a termiky zaměřeno na složitější fyzikální úlohy